Устройство для формирования сигналов передачи данных Советский патент 1983 года по МПК H04L25/40 

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано для передачи данных по каналам связи . Известно устройство для ф(эрмирования сигнала передачи данных, кото рое содержит фильтр нижних частот с частотой среза, равной частоте Нейквиста, соединенный с модуляторо выход которого подключен ко входу полосового фильтра d полосой пропус кания, равной ширине спектра одной боковой полосы модулированного сигнала ij-. Недостатком этого устройства является наличие фильтров, которые имеют неидеальные фазочастотные и амп литудно-частотные характеристики ,что приводит к межсимвольным искажениям и снижает помехоустойчивость сигнала. Известно устройство для формирования сигнала передачи данных, содержащее кодер-распределитель, соединенный с двумя ортогональными мод ляторами , выходы которых подключены но входам сумматора, а выход сумматора соединен со входом полосового фильтра С23Недостатком такого устройства является необходимость модуляции сигнала по второму ортогональному каналу.и суммирования для реализации чего требуется сложное и громоз кое устройство. Наиболее близким по технической сущности к предла1 аемому является устройство, содержащее последовател но соединенные регистр сдвига, ариф метический логический блок и цифроаналоговый преобразователь, а также генератор тактовых импульсов, соеди ненный с регистром сдвига и через последовательно соединенные счетчик временных интервалов, дешифратор, блок постоянной памяти - с арифмети ческим логическим блоком, причем второй выход регистра сдвига соедине со вторым входом дешифратора 3. Недостатком известного устройств является необходимость циклически повторять операцию сдвига и переэапи ей, а также выполнять операцию суммирования, что требует до 95% времени формирования отсчета выходного сигнала. Кроме того, суммирование, циклический сдвиг и перезапись, опре деление числа тактов сдвига требуют наличия сложных по организации и функционированию блоков: арифметического логического блока, регистра сдвигЪ с обратнойсвязью, счетчика временных ин ервалов, а это усложняет устройство в целом и снижает его надежность. Цэль изобретения - сокращение времени формирования сигналов с заданным спектром. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для формирова-. ния сигналов передачи данных, содержащее входной N-разрядный регистр сдвига, соединенный с генератором тактовых импульсов, последовательно соединенные дешифратори блок постоянной памяти, а также выходной цифроаналоговый преобразователь,. введены (N - 1)/2 элементов ИЛИ, выходы которых подключены к соответствующим входам дешифратора,при этом выход блока постоянной памяти. подключен ко входу выходного цифроаналогового преобразователя, а входы каждого i-ro элемента. ИЛИ соединены с -м и t(N + 1) поразрядным выходами входного N-разрядного регистра сдвига, центральный поразрядный выход которого подключен к дополнительному входу дешифратора, .де N 2п - 1, п 2,3, 4, 5,. . ., i 1, 2, 3, ..., N. На фиг.-.l представлена структурная электрическая схема устройства для формирования сигналов передачи данных; на фиг, 2 o,.ff - временные диаграммы изменения входных сигналов; на фиг. За/б,-б, 7, - временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства; На фиг. 4 - спектр выходного сигнала. Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, соединенный с N-разрядным регистром сдвига, элементы ИЛИ 3, входа каждого из которых соединены с выходами разрядов регистра сдвига, симметричных относительно центрального разряда и соответствукших отличным от-нуля коэффициентам весовой функции, выходы элементов ИЛИ 3 подключены ко входам дешифратора 4, выход центрального разряча регистра сдвига подключен непосредственно ко входу дешифратора. 4, который через блок 5 постоянной памяти соединен с цифроаналоговым преобразователем б. Выход цифроаналогового преобразователя является йыходом устройства. Устройство работает следукааим образом. Отсчет выходного сигнала, формируемого устройством, определяется как результат свертки информационной последовательности, состоящей из элементов а. и весовой функции SC-t).y,, где m 2, 3, 4, 5 .... Функция S(t), как ив известном устройстве, при аппроксимации ее ступенчатой функцией имеет вид 5 (Kit) 5:-С V. Результат свертки в цифровом виде равен . 1 О Информационная последователь.ность {фиг. 2а):, преобразованная таким образом (фиг ,2d) у что длительность каждого .элемента информационной последовательности равна длительности отсчета выходного сигнала At, подается на вход N-разрядного регистра 2 сдвига и последовательно сдвигает-ся с частотой -У1 раз, 1 сАал где п 1, 2, 3 ... i Каждый момент времени, равный At, сигналы с выходов разрядов ре-гистра 2 сдвига, соответствующих отличным от нуля значе ни ям функции 3(КАТ),череэ соответствуквдие элементы ИЛИ 3 подаются на вхрд дешифратора 4., а сигнал с выходацентрального разряда подается на вход дешифратора 4 непосредственно. Дешифратор 4. вырабатывает.управляющий сигнал, с помощью которого осу-ществляется- из блока 5 постоя ной памяти одного из значений кодового слова, представлякиего собой результат свертки Ь, Значения Ь| вычисляются.предварительно и записы ваются в блок 5 постоянной памяти. Выбранное зна.ченйе bjj преобразуется в :цифроаналоговом преобразователе б в ан логовую форму ( в отсчет выходнгго сигн ла)и передается в канал связи. Предлагаемое устройство за счет введения элементов ИЛИ, а также изменение порядка соединения разрядов регис,тра 2 сдвигали. деиифратбра 4 позволяет предварительно вычислять и. записывать в блок 5 постоянной памяти значения Ь. s отличие от извест ного устройства/ где предварительно вычисляются и записываются в память значения ц . Поэтому процесс формирования отсчета выходного сигнала в цифровом виде Ь определяемого вырч-жением (.1) не требует выполнения N раз операции, суммирования значений ,. Это значит, что время формирования отсчета выходного. ;. .сигнала-уменьшается в М раз, пос КОЛЬКУ время выполнения операций сдвига, дешифрования и выбора из постоянной памяти в десятки раз меньше времени выполнения операций . суммирования, а время, затрачиваемое на предварительное вычисление значений Ь и запись их в пос-тоянное запоминаищее устройство, не входщт во время формирования отсчета выходного сигнала, так как эти операции выполняются однократно и до начала рабрты устройства. Поскольку из блока 5 постоянной памяти выбирается значение Ь, предлагаемому устройству не .нужны- найболее сложные по организаций и Функционированию узлы: арчфйетнчеекое логй.ческое устройство,.счетчик времейных интервалов и регистр сдвига с обратной связью, которые в известном устройстве составляют до 40% оСъеФШ оборудования. Устройство станов|1тся значительно надежнее в раЦ4Эт, у яельшается трудоемкость и 1время OTtxCKtiBaВИЯ неисправностей в процессе «гоизготовления, настройки и эксплуатации, при этом снижается стоямо1рть и потребляемая им мсздиость. Ниже приводится оптимальней прй мер реализации предлагаемого твХйИг ческого рвения с учетом объема йс пользуемого оборудования, цростохы из готовле«ия, надежиостн Ji также степени прямоугольности еявкт ра выходного сигнала при условиях: скорость передачи данмых 6и Т . t V 2400 г полоса частот cBfeKTr с ; ,.- - . - ра выходного сигнала u,w «1200f . -2400 Гц; весовая функция S(t)AS COS Эх апароксимируется на ннтерваг ле V ± 2Т|, где f - инвервал ёйквиста для функций вида sinX L. f К ..если|, О-ау-а Sw(irrrHH . №Н ., частота аппроксимации Wa. -7200 ГЦ, при этом шаг аппрокся мацииЛС 2ЯЕ/w j. На фиг. 2 и 3 приведены диаграммы, пояснякшо е возможность эыбора йэ блока 5 постоянной памяти одного йз значений кодового слова, . представля щего собой результат свертка Ь йа основании одновременного деешфрования всех значений а.{, задержанйрй tta время ut информационной последова тельности. С целью упрсмцения рассуждений : предположим, что информацйОйная пос ледовательность состоят йз Одйих единиц, как это показано йа фиг.2а.. На фиг. изображена эта послвдова тельность, преобразованная в сигнал который записывается в регистр 2 I сдвига. Для правильной работы устройства длительность одного такта сдвига должна равняться длительности элемента а- (длительности тактового и нтёрвала) . На фйг. За показано состояние регистра 2 сдвига после первого такта сдвига, на фиг. 3(5 после второго такта сдвига; на фиг. 3 - после третьего такта сдвйга. На фиг. 3t пунктиром изображена , Sih X функция Sft) -COS Зх на интервале + 2Т|ц. Для указанных выше условий (1 4) функция S{t) имеет вид 13 S(i)M (2; Преобразуем выражение g(t) l j Sin№iTNH , (atg/gT|,,)t (1СПыН ( Известно, что частбтй Нейквиста .1 . равна 1,;,, тогда сг( tZf {мМ: , S nti;Nt , (3) §W-d (- Сравнивая выражения (2) и.(3), можно сказать, что для вышеперечисл ных условий (1т4) круговая частота Нейквиста равна 600 Гц. В этом случае т -4--5- 1() того, чтобы вычислить значен свертки Ь, необходимо, чтобы каждо му значению .элемента инфо1 4ациоинрй последовательности aj соответствова ло лишь одно значение амплитуды сту ни аппроксимации С. Это условие ., .будет выполнено, если длительность «тактового интервала Т равна niary ап проксимации дТГ . Т ДТ . функция S(t), описываемая выраже нием (2.), аппроксимируете на интер вале i 2 Tj ступенчатой функцие S(kuT) с частотоЛ аппроксимации WQ При этом шаг аппроксимации jbTT равен . 21Г Тогда Т :ЛГ-; ; . Для условий (1-4) найдем отноше™® TK тс/сЦц ткНоо т №/Ша 2IC/7UOO т.е. на нтepвaлe должны укладываться шесть тактовых интегралов ддательностью Т. На фиг. 3 сплошной линией изображена ступенчатая функция SCkAlr) , аппроксимирующая Функцию iS(i)-;A Щ на интервале +2Тк с шагом аппроксимации JC/v . Число шагов .аппроксимации на интервале аппроксимации 1: +2Ту в данном случае равно 24, однако с учетом равенства нулю крайних значе ний функции S (k t ), как видно на фиг. Зг, N 21. В приведенных рассуждениях показано, что длительность тактового интервала равна длительности шага аппроксимации, а длительность такта .сдвига в регистре 2 сдвига равна длительности тактового интервала. Отсюда ясно, что при заданных услоВИЯХ (1 i 4) регистр 2 сдвига должен иметь 21 разряд, а частота сдвига равна частоте аппроксимации. В предлагаемом устройстве отсчет выходного сигнала определяется формулой (1), а в Формировании очеред иого значения участвуют N элементов запомненной инфОЕмационной последовательности. На фиг. Зр видно, что после, пер-, вого такта .сдвига только в 1-м, 4-м, 7-м, 10-м, 13-м, , 19-м разрядах регистра 2 сдвига находятся значения а 1, в остальных разрядах а О, т.е. значение отсчета выходного сигнала после первого такта сдвига равно + CiO- С О+CgO-с CQ-O ,-l +с,, + Ci j +Ci O+Ci40 Посколь У Сд с.о о (фиг. 3t) , то ItrC -CTtC -bC, Точно также после второго такта сдвига (фиг. 35) Ьа- -ига после третьего такта сдвига (фиг. ) „ b,,-C,,j.( формирование Ь на следующих тактах сдвига осуществляется аналогичным образом. Поэтому для определения значения Ь нужно проанализировать состояние разрядов регистра в i-й момент времени и просук О1ровать значения соответствуквцих коэффициентов С. Функция St-t)-«A % COS3X А симметрична относительно оси У , следовательно С С С / - / Г - / 1 - ч - -9 ЧЗ- Следовательно .,, ,,5 (4) В общем случае информёодионная последовательность состоит из единиц нулей , причем число тех и других эа оп| еделеиное время носит случайный характер. Поэтому в интересующих нас аяти разрядах: 1-м, 7-м, 11-м, 13-м, 19-м (в силу симмет1Л1и ФУНКЦИИ и исключения коэффициентов , равных н.улю) может быть различное число едяниц и нулей . Соответственно общее число раэдшчшлх отсчетов Ь Ьз на первом, третьем ... (2п + 1)-м тактах сдвига равно 2, выражение (4). Ещ один отсчет Ь Ь формируется на в-шром, четвертом . .. 2п-м тактах сдвига, т.е. общее число различных выходных отсчетов в. устройстве равно .

L 1 ф 16 - 1 17.

При скорости передачи данных

бит

(

2400

условие 1, двухуров««ми

с

неаый способ передачи)

элемент а может принимать лишь два значения

О . Значения CK; вычисляи

предварйтельно к$к значения функют

:Ц1ш|5«.)А

cos-sx

которые представлены в та(5л. 1.

Значит все возможные для заданных увловий () значения кодового слова могут быть предварительно вычислены по формуле (4) и в цифровой форме записаны в блок: 5 постоянной памяти.

Ь О, если во. JBCex разрядах рёгйс тра записаны О, b С , еелив 1-м разряде регистра записана 1, а. в остальных - О, Ь . Cj, если в J-M разряде регистра записана 1 а в осчапьшзх О . С, + Сз/ если в 1-м и 3-м разрядах Ч, а в остальных - О .

Ьб G.

+ С,, Ь7

ъ

ьг:

-tf С, C-J + С7Г

ь С9,

1

ь..%

+ С

С, + с

9 С, С b;v с +

Чъ °44

9

CT +,

ь:.

tA f С;,,-Ь,

с/ с-) + с

С +.С9,

- С если

11-k разряде регистра

а в тальных - О -.

Сукфшрование необходимо выполнять учетом знаковкоэффициентов. . И табл. 2 приведеш: рез уль таты

вычислений Ь для

paccMOTt e иного примера (условие 1 f 4).

д дд .ш д ш Ш1 аи matmi жт швтлтг le щ nt ijiumnuinammlnm4rmm-ir-i -

Номер Cj, I Значен ие в десятичной Iформе

При заданных условиях U (4) предлагаемое устройство.работает следуювшм образом.

Информационная последовательность, состоящая из 21 элемента а и преобразованная аналогично изображенной на фиг. 2, записывается в регистр 2 сдвига и сдвигается с частотой сдвига, вырабатываемой в генераторе 1 тактовых импульсов и разиой частоте аппроксимации (7200 Гц). В каждый отсчетный момент времени дЪдеиифратор 4 анализирует состояние только тех разрядов регистра сдвига 2, которым соответствует С г Of т.е. состояние 1-го,.3-го, 7-го, 9-го, 11-го; 13-го, 15-го, 19-го, 21-го разрядов. По результату деоИфрования дешифратор 4 вь абатывает управляющий сигналу поступающий иа адресный вход блока S постоянной памяти и осуществлякшшй выбор одного из 17-тиздЗначений Ь. С выхода блока 5 постоянной памяти о.тсчет выходного стгнала Ь{ в цифровой форме подаетСИ на вход цифроаналоговрго преобразователя 6/ где происходит пресвразование его в аналоговую форму. С выхода цифроаналогового преобразователя сигнал передают в кгьнал связи.

Испытания макета дредлагаешюго устройства, проведенные на шштаторе каналов связи Канал-1 показали, что оно позвлйет осуцествять устойчивую передачу данны Х со скоростью 2400 бит/с по стандартному -.каналу тональной частоты протяженностью в шесть переприемсшх участков при сдвиге в канале до + 8 Гц. При этом спектр выходного сигнала (ф1Г.4) занимает полосу частот 1,2г

0 2,4 кГц. -

Т а б л и ц а 1

Значение в двстчяой форме

Продолжение табл. 2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ, содержащее входной N-раэрядный регистр сдвига, соединенный с генератором тактовых и шyльcoв, последовательно соединенные дешифратор и блок постоянной памяти, а также выходной цифрранашо-, говый преобразователь, о и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения времени Формирования снгиалрв с заданным спектром, введены:(К-1)/2 элементов ИЛИ, выходы которых подключены к соответствукшим входам девифратора, при этом выход блока п 3стоянной памяти .аодключеи к рходу.. выходного цифроаналогового преЬбра- t зователя, а входы каждого 1-го эпё ИЛИ соединены с 1-м и fCN-i-l) псфазрядным в1ыхода 4и входного N-раэрядного регистра ;двнга центральйый поразрядный выход которого подключен к дополнительному вхсду дешифратора, где N - 2п - 1, п 2, 3,4,5, , I, 2,3f..,N. А СЛ Ф

Фиг,2